金華—秋林致密氣藏直井層內分簇壓裂裂縫擴展規律及應用

楊 林，劉彧軒，向 斌，范 琪，趙玉航

1中國石油西南油氣田分公司致密油氣勘探開發項目部

2 西南石油大學“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室

0 引言

我國致密氣資源分布廣泛、儲量巨大，動用程度低。“十四五”時期，致密氣將納入非常規天然氣補貼范圍，是我國天然氣增儲上產的主要領域［1］。水力壓裂是致密氣藏高效開發的關鍵技術［2-6］。

金華—秋林地區沙二段儲層天然裂縫不發育、脆性低，難以形成復雜縫網，形成長的水力裂縫仍是該儲層改造的主要目標。

直井層內分簇壓裂是指在直井同一層內分多簇射孔進行壓裂。該工藝減少了射孔長度，降低了射孔成本。同時，由于層內分簇，縮短了進液通道，集中了能量，有助于提高裂縫長度。但目前國內外研究重點分析了地層界面［7-9］、天然裂縫［10-12］、裂縫干擾［13-15］等對裂縫形態的影響，對分簇參數影響裂縫擴展規律的研究較少，直井層內分簇條件下裂縫延伸規律還不明確。

本文以金華—秋林地區沙二段儲層為對象，開展了直井層內分簇裂縫擴展數值模擬研究，分析不同分簇射孔方式對裂縫形態的影響，明確了直井層內分簇裂縫擴展特征和主控因素，對該地區的直井壓裂優化設計具有重要意義。

1 裂縫擴展數值模型建立

金華—秋林地區沙二段縱向上一般發育5 ～ 10套厚度大于10 m的河道砂體，最大單砂體厚度32 m。以此為依據，建立了直井層內分簇裂縫擴展數值模型，模型示意圖見圖1。

圖1 直井層內分簇裂縫擴展模擬示意圖

利用三維裂縫擴展模型，分析裂縫擴展規律和影響因素。模型需要的輸入參數統計見表1。

表1 模型設置參數

2 裂縫擴展模擬結果分析

根據建立的模型，開展直井層內分簇條件下裂縫延伸的模擬。

2. 1 儲層厚度

模擬儲層厚度10 ～ 30 m變化對裂縫形態的影響，見圖2。

圖2 儲層厚度對裂縫形態的影響

由圖2可知，儲層厚度從10 m變化到30 m時，裂縫高度從19.2 m到35.4 m，增長幅度為83.4%；裂縫半長從192 m到76 m，下降幅度為153.6%。儲層厚度對裂縫形態有顯著影響。在較厚的儲層，有必要采取方式控制裂縫高度，促進裂縫向儲層深部的延伸。

2. 2 產隔層應力差

模擬產隔層應力差0 ～ 8 MPa變化對裂縫形態的影響，見圖3。

圖3 產隔層應力差對裂縫形態的影響

由圖3可以看出，產隔層應力差從0變化到8 MPa，裂縫高度穩步降低，4 MPa以后變化不明顯；而產隔層應力差越大，裂縫長度越長，4 MPa以后長度的變化不明顯。

2. 3 單簇射孔長度和位置

模擬射孔長度和位置對裂縫形態的影響，見圖4和圖5。

如圖4和圖5所示，射孔長度增加時，裂縫高度逐漸增加，裂縫半長逐漸下降；射孔位置在中部時，裂縫半長最長，裂縫高度最小。

圖4 射孔長度對裂縫形態的影響

圖5 射孔位置對裂縫形態的影響

2. 4 射孔簇數

模擬不同產層厚度下，射孔簇數對裂縫形態的影響，見圖6和圖7。

圖6 射孔簇數對裂縫形態的影響（產層厚度20 m）

圖7 射孔簇數對裂縫形態的影響（產層厚度30 m）

從圖6中可以看出，產層厚度為20 m時，射孔簇數為全部打開時，裂縫高度最大，裂縫長度最小；射孔簇數為2 ～ 4簇時，裂縫高度接近，2簇的裂縫長度最大。

從圖7中可以看出，產層厚度為30 m時，射孔簇數為全部打開時，裂縫半長最小，裂縫高度最大；射孔簇數在1 ～ 4簇之間時，裂縫高度逐漸降低，2簇的裂縫長度最大。

2. 5 施工排量

模擬排量4 ～ 10 m3/min變化對裂縫形態的影響，見圖8。

圖8 施工排量對裂縫形態的影響

從圖8中可以看出，隨著排量增加，裂縫長度小幅增加，裂縫高度基本不變。

2. 6 壓裂液黏度

模擬壓裂液黏度10 mPa·s、20 mPa·s、40 mPa·s和100 mPa·s 變化對裂縫形態的影響，見圖9。

圖9 壓裂液黏度對裂縫形態的影響

從圖9看出，隨著黏度的增加，裂縫高度有較明顯的增長趨勢，裂縫半長有下降趨勢。因此，采用低黏壓裂液有助于控制裂縫高度，增加裂縫長度。

3 直井層內分簇壓裂工藝現場應用

直井層內分簇壓裂技術在金華—秋林地區致密氣的勘探開發中發揮了重要作用，取得了較好的開發效果。近年來對該區域10余井層進行了儲層改造，大部分井常規測試未見氣或低產，經儲層改造后才獲得了工業氣流，施工成功率達到100%。其中，QL18和J23井獲得高產。QL18井分2層施工，第一層31.7 m，分3簇射孔壓裂，壓后測試產氣量9.06×104m3/d，第二層11.3 m，分2簇射孔壓裂，壓后測試產氣量1.85×104m3/d。J23井壓裂段層厚24.4 m，分3簇射孔壓裂，壓后測試產氣量21.85×104m3/d。這些井層的高效改造有效支撐了該區域的勘探工作，對同類型的致密砂巖壓裂改造也具有重要借鑒意義。

4 結論與認識

（1）儲層厚度是影響裂縫形態的關鍵參數。在較厚的儲層改造中，為了促進裂縫向儲層深部的延伸，有必要采取措施控制裂縫向高度方向延伸。產隔層應力差會在一定程度上對裂縫的延伸起到作用，特別是產隔層應力差≤4 MPa時。

（2）單簇射孔長度、射孔位置和射孔簇數對裂縫形態均有一定的影響。射孔長度越長，射孔位置離儲層中部越遠，裂縫長度越低。儲層全部打開時，裂縫高度最大，長度最小，分2 ～ 4簇射孔時，裂縫高度相對較低，長度相對較長。

（3）施工排量對裂縫形態有一定影響，壓裂液黏度則有較為明顯的影響。采用低黏壓裂液有助于控制裂縫高度，增加裂縫長度。